CNC 2025 · TSI · Physique 2
CNC 2025, filière TSI, matière physique, épreuve 2.
- Durée : 4 h
- 38 questions
- Difficulté : 3/5
Présentation du sujet
Un sujet entièrement thermodynamique, en deux parties indépendantes. La compressibilité de l'eau de mer d'abord, courte, où l'on compare eau incompressible et compressible en statique des fluides. Puis l'eau suivie de bout en bout : diagramme de phase et anomalie de la fusion, équation d'état du liquide via ses coefficients thermoélastiques, courbe de saturation par Clapeyron, et enfin un cycle de centrale à vapeur lu sur un diagramme (T,s), jusqu'au rendement comparé à celui de Carnot.
Thèmes abordés
- statique des fluides
- compressibilité de l'eau
- changement d'état du corps pur
- diagramme de phase (P,T)
- coefficients de dilatation et de compressibilité
- formule de Clapeyron
- courbe de saturation
- cycle de Rankine
- diagramme (T,s)
- premier et second principes en écoulement stationnaire
- théorème de Carnot
Parties et questions
Partie 1 · La compressibilité de l'eau de mer
- 1.1 On considère un bassin océanique calme que l'on modélise par une couche unique d'eau immobile, de profondeur $H$. L'eau du bassin constitue un liquide homogène, isotherme, de température $T_e = 20\…
- 1.2 Représenter graphiquement l'allure de la courbe $P(z)$.
- 1.3 Quelle est la valeur numérique de la pente de la droite $P(z)$ ? La règle des plongeurs "1 bar tous les 10 mètres" est-elle valable ?
- 2.1 On suppose dans cette question l'eau du bassin compressible. La masse volumique de l'eau du bassin varie avec la pression selon la loi $\rho = \rho_0\big[1+a(P-P_0)\big]$, où $a = 10^{-10}\…
- 2.2 Que devient cette loi pour de faibles profondeurs ? Commenter.
- 2.3 Calculer les pressions $P_c$ (pour l'eau compressible) et $P_{inc}$ (pour l'eau incompressible) pour les profondeurs $z_1 = 10\ \text{m}$, $z_2 = 100\ \text{m}$ et $z_3 = 1\ \text{km}$. Quelle est…
Partie 2 · Diagramme d'état de l'eau
- 1.1 On s'intéresse dans cette partie à quelques aspects du changement d'état de l'eau, corps pur. La figure 2 donne le diagramme d'état de l'eau en coordonnées $(P,T)$. Reproduire le diagramme d'état de…
- 1.2 Faire apparaître également le point triple et le point critique. Indiquer ce que représentent ces points.
- 1.3 On considère une quantité d'eau vapeur sous la pression initiale $P_i = 5\times 10^{-3}\ \text{bar}$ et à la température initiale $T_i = 0{,}00\ °\text{C}$. On comprime progressivement de façon…
Partie 2 · Équation d'état de l'eau liquide
Partie 2 · Courbe de saturation de l'eau
Partie 2 · Centrale à vapeur d'eau
Le corrigé détaillé, question par question, est disponible gratuitement sur cette page.